【知识点详解】
1. 地球磁场对宇宙射线的影响:地磁场对直射地球的高能带电粒子,如宇宙射线,具有阻挡作用。这个保护层在地球表面的不同位置有不同的效应。实际上,地磁场的阻挡作用在两极最强,而在赤道附近最弱。这是因为地球磁场的线在两极附近更为垂直,从而更有效地捕获和偏转垂直于磁场线的带电粒子。在赤道附近,磁场线接近水平,因此对垂直入射的宇宙射线的偏转作用较弱。
2. 电场力和洛伦兹力的区别:电荷在电场中一定会受到电场力的作用,而电场力的方向与该处电场方向一致(对于正电荷)。然而,在磁场中,只有当电荷以一定的速度运动时,才会受到洛伦兹力,且洛伦兹力总是垂直于电荷的运动速度和磁场方向。
3. 平行导线中的磁场分布:当两根互相平行的导线通有方向相反的电流时,它们会在周围产生磁场。根据安培定律,导线之间的磁场在中点O处会相互抵消,因此O点的磁感应强度为零。而a、b两点由于电流方向相反,所以磁感应强度大小相等,方向相反。对于c、d两点,由于它们位于导线的中垂线上,所以磁感应强度大小相等,但方向取决于导线中的电流方向。
4. 导线在磁场中的平衡:当一个导线在匀强磁场中,且通有电流时,它会受到一个由洛伦兹力引起的力,这个力的方向垂直于导线和磁场。如果导线保持静止,意味着洛伦兹力与其它力(如重力、支持力)达到平衡。题目中的条件可以用来计算磁感应强度B,方向应该垂直纸面向外,以平衡导线的重力。
5. 带电粒子在电场和磁场中的运动:当粒子在电场中从中间射入并从下极板边缘飞出时,电场力做功改变粒子的动能。当加入磁场后,粒子在磁场中做圆周运动,如果从上极板边缘飞出,其动能的变化会涉及到电场力和洛伦兹力的平衡。根据题目的描述,可以推断出粒子在磁场中的运动特性,并进一步计算速度关系。
6. 质谱仪的工作原理:质谱仪用于分析不同质量的离子。在这个问题中,质子和一价正离子在相同加速电压下被加速,然后进入磁场。由于质量不同,离子在磁场中的偏转半径也不同。为了使离子仍然从相同的出口离开,需要调整磁场强度。根据质谱仪的工作原理,可以计算离子和质子的质量比。
7. 带电粒子在磁场中的圆周运动:带异种电荷的粒子a、b以相同的动能进入磁场,它们的轨迹半径与质量和速度有关。由于粒子同时到达P点,可以通过比较它们的轨迹半径和速度来确定质量比。
8. 线圈在磁场中的动态反应:当一个带有逆时针电流的圆形线圈在直径AB上靠近B点的位置放置一根与线圈平面垂直且固定不动的导线,通以同方向的电流时,根据安培环路定律,两者之间会产生相互作用力。这将导致线圈以AB为轴转动,而不是平动。
9. 带电粒子在点电荷电场中的运动:粒子在电场中的运动轨迹表明它受到的力是变化的,因此粒子带负电。在c点,粒子离点电荷最近,因此受到的力最大。从a点到b点的动能变化大于从b点到c点,因为粒子在b点的速度较大,而电场力在c点更大,意味着更多的动能转化为势能。
10. 质子和α粒子在磁场中的运动:质子和α粒子在磁场中做圆周运动,它们的轨道半径与质量和速度成反比,与电荷量成正比。当α粒子与质子相遇时,它们的轨道半径和速度必须匹配。根据这些条件,可以计算质子的速度大小和α粒子的运动时间。
11. 回旋加速器的工作原理:回旋加速器利用电场加速带电粒子,利用磁场使其做圆周运动。粒子的最大能量与磁感应强度B、粒子的质量和加速频率T有关。通过调整这些参数,可以控制粒子的能量。在不改变B和T的情况下,通过增加粒子在加速器中的停留时间,可以让粒子获得更高的能量。
以上是对湖北省2020年上学期松滋市言程中学高二物理9月月考试题中涉及的知识点的详细解释,涵盖了电磁学中的多个重要概念,如地磁场、电场力、洛伦兹力、粒子在电场和磁场中的运动、回旋加速器的工作原理等。